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【背景介紹】

鈣鈦礦充電機充電太陽能蓄電池效率非常高，然而，它們容易在水，氧和紫外線中降解。3D鈣鈦礦吸收劑的陽離子加入導致降解程度降低。另外，2D Ruddlesden-Popper分層的鈣鈦礦表現出改善的穩定性，但迄今尚未應用于高效的充電機充電太陽能蓄電池。

【成果簡介】

近日，來自牛津大學的Henry J. Snaith（通訊作者）等人將正丁基銨陽離子引入陽離子鉛混合鹵素FA0.83Cs0.17Pb(IyBr1?y)3 3D 鈣鈦礦中，觀察到二維鈣鈦礦的形成，散布在高度取向的三維鈣鈦礦顆粒之間，其抑制非輻射電荷重組。該團隊還研究了薄膜組成，晶體取向和器件性能之間的關系。具有最佳丁基銨含量的充電機充電太陽能蓄電池對于帶有1.61-eV帶隙鈣鈦礦表現出平均穩定功率轉換效率為17.5±1.3％，對于1.72-eV帶隙鈣鈦礦效率為15.8±0.8％。其穩定性在模擬光照下也得到提高。充電機充電蓄電池在室溫中持續運行1000小時后，其“后置式”效率達到80％，這一數值在密封環境中接近4000小時。相關成果以題為“Efficient ambient-air-stable solar cells with 2D–3D heterostructured butylammonium-caesium-formamidinium lead halide perovskites”發表在了Nature Energy上。

【圖文導讀】

1 形態和晶相

a-f）不同BA濃度退火后的BAx（FA0.83 Cs0.17）1-x Pb（I0.6Br0.4）3鈣鈦礦膜的SEM圖像

g-i）x = 0.03,0.09和0.16薄膜的放大SEM圖像

2 BA增強的3D鈣鈦礦晶體生長

a）對應具有不同BA濃度的3D鈣鈦礦（200）的XRD擺動曲線

b）反映x = 0.09膜中3D鈣鈦礦相（410）的極坐標圖

c）x = 0.09膜中3D鈣鈦礦相的取向

d）對于兩種不同的BA濃度（x = 0和0.09），鈣鈦礦退火過程（從室溫到175℃）的反射強度作為時間的函數

3 2D-3D鈣鈦礦異質結構

a，b）FA0.83 Cs0.17 Pb（I0.6Br0.4）3人造色的橫截面SEM圖像

c）自組裝2D-3D鈣鈦礦薄膜結構的示意圖

d）x = 0膜（黑線）和x = 0.09膜（紅線）的紫外-可見吸收和PL光譜

e）相同膜的時間分辨PL光譜

f）2D-3D異質結的擬議電子帶

4 BA/FA/Cs鈣鈦礦充電機充電太陽能蓄電池的器件性能

a）使用寬帶隙（Eg = 1.72eV）的鈣鈦礦充電機充電太陽能蓄電池的J-V曲線

b）充電機充電蓄電池的穩定功率輸出（SPO）

c）使用較低帶隙（Eg = 1.61eV）最佳性能的鈣鈦礦充電機充電太陽能蓄電池的J-V特性

d）充電機充電蓄電池數作為PCE的函數的直方圖

圖 器件穩定性

a-j）高性能非封裝（a-e）和封裝（f-j）充電機充電太陽能蓄電池器件的穩定性比較

【總結】

該成果展示了顯著提高的器件效率和操作穩定性的鈣鈦礦組合物。相信，這將成為鈣鈦礦充電機充電太陽能蓄電池和光電子器件持續發展的重要方向，也可能為基礎研究提供模型系統。